CN110462482B

CN110462482B - 用于汽车近光的多焦点准直透镜和前灯组件

Info

Publication number: CN110462482B
Application number: CN201880018859.1A
Authority: CN
Inventors: 鲁康; 吴萍; 曹异域; 徐匯凱
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2017-03-17
Filing date: 2018-03-09
Publication date: 2022-05-10
Anticipated expiration: 2038-03-09
Also published as: US20200103564A1; CN110462482A; WO2018166911A1; JP7154219B2; EP3596524A1; EP3596524B1; US11067725B2; JP2020510295A

Abstract

本发明的实施例提供了一种用于汽车近光的多焦点准直透镜（100）和前灯组件。多焦点准直透镜（100）包括中心准直透镜部分（101）和布置在中心准直透镜部分（101）的左侧和右侧的两个全内反射透镜部分（102）。中心准直透镜部分（101）和全内反射透镜部分（102）共享两个焦点（103、104），所述两个焦点（103、104）对称地位于多焦点准直透镜（100）的垂直对称平面（105）的两侧。多焦点准直透镜（100）的上边缘（106）和下边缘（107）基于两个焦点（103、104）而形成，使得前灯组件能够在多焦点准直透镜（100）的远场光图案中生成汽车近光的截止线。

Description

用于汽车近光的多焦点准直透镜和前灯组件

技术领域

本发明涉及照明领域，尤其涉及一种用于汽车近光的多焦点准直透镜和前灯组件。

背景技术

汽车前灯通常需要在近光（low beam，LB）和远光（high beam，HB）模式下工作。近光模式被设计成限制或约束光的向上投射，以避免对迎面而来的道路使用者造成眩光。近光前灯由当地法规规定。图1是图示出汽车近光标准中的截止线20的示意图。近光灯在投射光图案中生成基本水平的上截止线20，光分布在截止线20下方的区域中。截止线20通常在驾驶员的另一侧向上扫掠或向上阶进，以便帮助照射路标和行人。

准直透镜由于其紧凑的尺寸和高效率而广泛用于汽车前灯领域中。对于远光灯或日行灯（DRL）的应用，常规的准直器（诸如全内反射（TIR）透镜）可以直接应用于准直光束。然而，由于近光灯需要清晰的截止线，所以常规的准直透镜不能直接应用于前灯组件中以生成近光。

发明内容

因此，期望提供一种产生清晰截止线的准直透镜。

为此，本发明的实施例提供了一种用于汽车近光的多焦点准直透镜和前灯组件。

根据本发明的一方面，提供了一种用于汽车近光的前灯组件的多焦点准直透镜。在相对位置指的是多焦点准直透镜在前灯组件内的安装位置的情况下，多焦点准直透镜包括中心准直透镜部分和布置在中心准直透镜部分的左侧和右侧的两个全内反射透镜部分。中心准直透镜部分和全内反射透镜部分共享对称地位于多焦点准直透镜的垂直对称平面的两侧的两个焦点。基于两个焦点形成多焦点准直透镜的上边缘和下边缘，使得在多焦点准直透镜的远场光图案中生成汽车近光的截止线。

通过这样的两个焦点，光源的图像可以分别由多焦点准直透镜的不同部分形成。由于多焦点准直透镜的上边缘和下边缘基于两个焦点成形，所以这些图像构成了具有清晰截止线的远场光图案。

优选地，两个焦点位于多焦点准直透镜的水平二等分平面上。

通过将两个焦点布置在多焦点准直透镜的水平二等分平面上，可以根据近光的期望倾斜角来定位或调节光源，从而便于设计。

优选地，中心准直透镜部分的光入射表面包括上凸表面和下凸表面。上凸表面通过水平分离凸透镜的上部分而形成。下凸表面通过水平挤压相同凸透镜的下部分而形成。

通过这种布置，中心准直透镜部分可以基于常规的TIR透镜来设计和制造。上凸表面和下凸表面分别通过水平分离/挤压凸透镜的相应部分来成形。以这种方式，可以简化对两个焦点的模拟和确定。

优选地，多焦点准直透镜还包括位于多焦点准直透镜的光出射表面上的束成形元件。

从多焦点准直透镜发射的光束在远场中具有清晰的截止线。在一些应用中，扩展或缩窄光束也是有利的。因此，束成形元件可以位于多焦点准直透镜的光出射表面上，以提供期望的成形功能，诸如扩展、缩窄或局部失真。

优选地，束成形元件包括紧密平行布置的一组第一圆柱形透镜。第一圆柱形透镜的长度方向平行于多焦点准直透镜的垂直对称平面。

第一圆柱形透镜可以应用于扩展从多焦点准直透镜发射的光束，同时由于第一圆柱形透镜在垂直方向上的零屈光度而保持清晰的截止线。

优选地，束成形元件还包括紧密平行布置的一组第二圆柱形透镜。所述一组第二圆柱形透镜对应于光出射表面的左部分和/或右部分。在第二圆柱形透镜的长度方向和第一圆柱形透镜的长度方向之间跨越预定角度。

为了形成在驾驶员的另一侧向上扫掠的期望的截止线，第二圆柱形透镜可以应用在光出射表面的左部分和/或右部分上。通过第二圆柱形透镜的成形功能，可以获得截止线的倾斜部分，而多焦点准直透镜的上边缘和下边缘没有复杂的形状。

优选地，束成形元件包括菲涅耳透镜。

菲涅耳透镜可以应用于进一步准直光束，而不增加光学结构的重量。

优选地，束成形元件集成在多焦点准直透镜的光出射表面上。可替代地，束成形元件是单独的模块。因此，多焦点准直透镜的光学设计相对灵活。

根据本发明的另一方面，提供了一种前灯组件。前灯组件包括根据上述实施例的多焦点准直透镜和至少一个光源。光源的下侧与连接两个焦点的线重叠。

通过这种配置，可以简化光源方位的设计。以这种方式，光源生成具有清晰截止线的期望远场图案。

优选地，光源的形状是矩形、三角形或五边形。光源可以是LED光源、高强度放电灯或灯丝灯。

LED光源是节能的，并且还可以形成有期望的形状。因此，为了提高的效率，可以在前灯组件中应用LED光源。

通过在车辆中应用上述前灯组件，由于多焦点准直透镜的发明设计，可以获得具有清晰截止线的汽车近光。

附图说明

现在将参考附图基于各种实施例来描述本发明，在附图中：

图1是图示出汽车近光标准中的截止线的示意图；

图2是根据本发明的实施例的多焦点准直透镜的示意图；

图3示出了由现有技术中的TIR透镜形成的光源的远场图像的模拟结果；

图4示出了由根据本发明实施例的多焦点准直透镜形成的光源的远场图像的模拟结果；

图5和图6示出了图4的实施例的进一步的模拟结果；

图7是图示出根据本发明的实施例的多焦点准直透镜中的上凸表面和下凸表面的形成的示意图；并且

图8是图示出根据本发明的实施例的多焦点准直透镜中的束成形元件的示意图。

具体实施方式

现在将参考本公开的实施例，其一个或多个示例在附图中图示出。所述实施例以对本公开的解释的方式提供，并且不意味着作为对本公开的限制。例如，作为一个实施例的一部分图示或描述的特征可以与另一实施例一起使用，以产生又一实施例。本公开旨在涵盖落入本公开的范围和精神内的这些和其他修改和变型。

除非另有定义，否则本文使用的所有术语（包括技术和科学术语）具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。还将理解，本文使用的术语应该被解释为具有与其在本说明书的上下文和相关技术中的含义一致的含义，并且不会在理想化或过于正式的意义上被解释，除非本文明确如此定义。

如图2中示出的，本发明的实施例提供了用于汽车近光的前灯组件的多焦点准直透镜100。在相对位置指的是多焦点准直透镜在前灯组件内的安装位置的情况下，多焦点准直透镜100包括中心准直透镜部分101和布置在中心准直透镜部分101的左侧和右侧的两个全内反射透镜部分102。中心准直透镜部分101和全内反射透镜部分102共享对称地位于多焦点准直透镜100的垂直对称平面105的两侧的两个焦点103和104。多焦点准直透镜100的上边缘106和下边缘107基于两个焦点103和104而形成，使得在多焦点准直透镜100的远场光图案中生成汽车近光的截止线。

通过这样的两个焦点，光源的图像可以分别由多焦点准直透镜的不同部分形成。由于多焦点准直透镜的上边缘和下边缘基于两个焦点而成形，所以这些图像构成了具有清晰截止线的远场光图案。

图3示出了由现有技术中的TIR透镜300形成的光源的远场图像的模拟结果。图3的上部分图示了TIR透镜300和光源301的后部。从光源301发射的光束被TIR透镜300的表面上的点a1和点a2反射。对于现有技术中的TIR透镜300，只有一个焦点302位于垂直对称平面和水平对称平面的交叉线上。光源301的远场图像A1和A2通过分别由点a1和点a2反射的光束形成。如可以从图3看出的，远场图像A1和A2并不完全位于所需截止线20之下。因此，现有技术中的TIR透镜300不适于生成汽车近光。

图4示出了由根据本发明的实施例的多焦点准直透镜400形成的光源401的远场图像的模拟结果。图4的上部分图示了多焦点准直透镜400和光源401的后部。从光源401发射的光束被多焦点准直透镜400的表面上的点b1和点b2反射。对于多焦点准直透镜400，两个焦点402和403对称地位于垂直对称平面的两侧（如图1中利用105指示的）。在本发明的这个实施例中，如图4中示出的，焦点402对应于多焦点准直透镜400的左上部分和右下部分，并且焦点403对应于多焦点准直透镜400的右上部分和左下部分。光源401的远场图像B1和B2通过分别由点b1和点b2反射的光束形成。如可以从图4看出的，远场图像B1和B2完全位于所需截止线20之下。

图5和图6示出了由根据图4的实施例的多焦点准直透镜400形成的光源401的远场图像的进一步的模拟结果。如图5中示出的，多个四边形（即，光源401的远场图像）通过多焦点准直透镜400上的一些选定点形成，从而在远场中形成复合光图案。多焦点准直透镜400上的选定点可以借助于光学模拟（诸如光线跟踪）来获得。

图6图示了光源401的远场图像和形成图4实施例的多焦点准直透镜400的完整上边缘的选定点。以这种方式，选定点可以用于确定多焦点准直透镜400的上边缘和下边缘。因此，通过应用光学模拟，可以基于两个焦点确定多焦点准直透镜的上边缘和下边缘，使得可以在远场中生成清晰的截止线20。

尽管通过上述光学模拟可以获得多焦点准直透镜400的精确上边缘或下边缘，但是上边缘和下边缘也可以通过如图2和图4中示出的多焦点准直透镜上的两条直的切割线近似地形成。

在一些实施例中，如图2中示出的，两个焦点103和104位于多焦点准直透镜100的水平二等分平面108上。

在一些实施例中，如图2和图7中示出的，中心准直透镜部分101的光入射表面包括上凸表面和下凸表面。上凸表面可以通过水平分离凸透镜的上部分（在图7中利用向外的箭头指示）来形成。下凸表面通过水平挤压相同凸透镜的下部分（在图7中利用向内箭头指示）来形成。通过水平分离凸透镜的上部分生成间隙，可以应用弯曲表面109来填充间隙。

图8是图示根据本发明的实施例的多焦点准直透镜100中的束成形元件110的示意图。图8图示了多焦点准直透镜100的前部。多焦点准直透镜100还包括位于多焦点准直透镜100的光出射表面111上的束成形元件110。

从多焦点准直透镜100发射的光束在远场中具有清晰的截止线。在一些应用中，扩展或缩窄光束也是有利的。束成形元件因此可以位于多焦点准直透镜100的光出射表面111上，以提供期望的成形功能，诸如扩展、缩窄或局部失真。

在一些实施例中，如图8中示出的，束成形元件110包括紧密平行布置的一组第一圆柱形透镜112。第一圆柱形透镜112的长度方向平行于多焦点准直透镜100的垂直对称平面（在图1中利用105指示）。

第一圆柱形透镜112可以应用于扩展从多焦点准直透镜100发射的光束，同时由于第一圆柱形透镜112在垂直方向上的零屈光度而保持清晰的截止线。

在一些实施例中，如图8中示出的，束成形元件110还包括紧密平行布置的一组第二圆柱形透镜113。所述一组第二圆柱形透镜113对应于光出射表面111的左部分和/或右部分。在第二圆柱形透镜113的长度方向和第一圆柱形透镜112的长度方向之间包围预定角度。

为了形成在驾驶员的另一侧向上扫掠的期望的截止线（如图1中利用20指示的），第二圆柱形透镜113可以应用在光出射表面111的左部分和/或右部分上。利用第二圆柱形透镜113的扩展功能（在图8中利用向外的箭头示出），可以获得截止线的倾斜部分，而多焦点准直透镜的上边缘和下边缘没有复杂的形状。

在一些实施例中，束成形元件包括菲涅耳透镜。

在一些实施例中，束成形元件集成在多焦点准直透镜的光出射表面上。可替代地，束成形元件可以是单独的模块。因此，多焦点准直透镜的光学设计相对灵活。

根据本发明的另一方面，提供了一种前灯组件。该前灯组件包括根据上述实施例的多焦点准直透镜和至少一个光源。如图2中示出的，光源10的下侧与连接两个焦点103和104的线重叠。

通过这种配置，可以简化光源10的方位的设计。如图2中示出的，光源10可以基于多焦点准直透镜100的水平二等分平面108而被简单地定位。以这种方式，光源10生成具有清晰截止线的期望远场图案。

在一些实施例中，光源的形状是矩形、三角形或五边形。光源可以是LED光源、高强度放电灯或灯丝灯。

通过应用上述前灯组件，在多焦点准直透镜的远场光图案中形成清晰的截止线。已经参考图4-6介绍了多焦点准直透镜的上边缘和下边缘的设计原理。因此，为了满足不同的本地法规中的要求，可以通过利用光学模拟来设计上边缘和下边缘来调节截止线的特定形状。

通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开实施例的其他变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的纯粹事实并不指示这些措施的组合不能用于获益。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

附图标记：

10 光源

100 多焦点准直透镜

101 中心准直透镜部分

102 全内反射透镜部分

103、104 焦点

105 垂直对称平面

106 上边缘

107 下边缘

108 水平二等分平面

109 填充水平分离的上透镜部分之间的间隙的弯曲表面

110 束成形元件

111 光出射表面

112 第一圆柱形透镜

113 第二圆柱形透镜

20 截止线

300 现有技术示例的TIR透镜

301 现有技术示例中的光源

302 现有技术TIR透镜300的焦点

a1、a2 现有技术TIR透镜300的表面上的反射点

A1、A2 现有技术示例中的光源301的远场图像

400 多焦点准直透镜

401 光源

402、403 焦点

b1、b2 多焦点准直透镜400的表面上的反射点

B1、B2 光源401的远场图像。

Claims

1.一种用于汽车近光的前灯组件的多焦点准直透镜（100），所述多焦点准直透镜（100）包括：

中心准直透镜部分（101）；

分别布置在所述中心准直透镜部分（101）的左侧和右侧的两个全内反射透镜部分（102），使得所述左侧和所述右侧位于多焦点准直透镜（100）的垂直对称平面（105）的相对侧，所述全内反射透镜部分（102）和所述中心准直透镜部分（101）共同地共享两个焦点（103、104），所述两个焦点（103、104）对称地位于所述多焦点准直透镜（100）的垂直对称平面（105）的相对侧；

并且所述多焦点准直透镜（100）的上边缘（106）和下边缘（107）各自具有由所述两个焦点（103、104）确定的位置，使得所述前灯组件能够在所述多焦点准直透镜（100）的远场光图案中生成所述汽车近光的截止线。

2.根据权利要求1所述的多焦点准直透镜（100），其中所述两个焦点（103、104）位于所述多焦点准直透镜（100）的水平二等分平面（108）上。

3.根据权利要求1或2所述的多焦点准直透镜（100），其中所述中心准直透镜部分（101）的光入射表面包括上凸表面和下凸表面；并且其中所述上凸表面通过水平分离凸透镜的上部分而形成。

4.根据权利要求3所述的多焦点准直透镜（100），其中所述下凸表面通过水平挤压相同凸透镜的下部分而形成。

5.根据权利要求1或2所述的多焦点准直透镜（100），还包括位于所述多焦点准直透镜（100）的光出射表面（111）上的束成形元件（110）。

6.根据权利要求5所述的多焦点准直透镜（100），其中所述束成形元件（110）包括紧密平行布置的一组第一圆柱形透镜（112）；并且其中所述第一圆柱形透镜（112）的长度方向平行于所述多焦点准直透镜（100）的所述垂直对称平面（105）。

7.根据权利要求6所述的多焦点准直透镜（100），其中所述束成形元件（110）还包括紧密平行布置的一组第二圆柱形透镜（113）；其中所述一组第二圆柱形透镜（113）对应于所述光出射表面（111）的左部分和右部分中的至少一个；并且其中所述第二圆柱形透镜（113）的长度方向和所述第一圆柱形透镜（112）的所述长度方向包括预定角度。

8.根据权利要求5所述的多焦点准直透镜（100），其中所述束成形元件（110）包括菲涅耳透镜。

9.根据权利要求5所述的多焦点准直透镜（100），其中所述束成形元件（110）集成在所述多焦点准直透镜（100）的所述光出射表面（111）上。

10.根据权利要求5所述的多焦点准直透镜（100），其中所述束成形元件（110）是单独的模块。

11.一种前灯组件，包括根据权利要求1-10中任一项所述的多焦点准直透镜（100）和至少一个光源（10），其中所述光源（10）的下侧与连接所述两个焦点（103、104）的线重叠。

12.根据权利要求11所述的前灯组件，其中所述光源（10）的形状是矩形、三角形或五边形。

13.根据权利要求11或12所述的前灯组件，其中所述光源（10）是LED光源、高强度放电灯或灯丝灯。